(57)【要約】【課題】加工時に発生する砥石の蓄熱及び加工物の発熱を放熱し、又目詰まりを解消する事で連続加工を可能にした極めて多用途な研磨砥石を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む結合材と砥粒とを含む基材が、体積比で０．１〜３．０の第一の空隙を有しており、かつ、直径０．５〜１０ｍｍの繊維状に成形されて繊維状基材となされ、前記繊維状基材が繊維状態を保持しつつ成形されることにより第二の空隙を有する研磨砥石である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む結合材と砥粒とを含む基材が、
体積比で０．１〜３．０の第一の空隙を有しており、かつ、直径０．５〜１０ｍｍの繊維状に成形されて繊維状基材となされ、前記繊維状基材が繊維状態を保持しつつ成形されることにより第二の空隙を有する研磨砥石。
【請求項２】
前記第一の空隙が無機バルーンまたは有機バルーンにより形成されている請求項１に記載の研磨砥石。
【請求項３】
前記第一の空隙と前記第二の空隙とを合わせた最終空隙率が体積比率で０．１〜５．０である請求項１または２に記載の研磨砥石。
【請求項４】
結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３．０である請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨砥石。
【請求項５】
比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、ゴム硬度がＪＩＳ  Ａ２０〜ＪＩＳ  Ｄ９９である請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨砥石。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項１〜６のいずれか一項に記載の研磨砥石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨砥石に関し、更に詳しくは、チタン等の難削材に対しても有用な研磨砥石に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の弾性・非弾性砥石は、研磨特性、対スクラッチ性、安全性、耐摩耗性、耐水性及びコスト面等をバランス良くこれらを満たす物が少なく、用途も限られる場合が多かった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０５−１５４７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の弾性・非弾性砥石、特に弾性ゴム砥石の場合、比重が重く大型の砥石にした場合、安全上の問題から使用回転数を制限するなどの対応が必要であった。
【０００４】
上記の課題を解消するには、非弾性砥石のように硬い硬質の砥石を使用する事で安全面は解消し得る。しかしながら、このような砥石を使用すると、加工物の研磨面が粗くスクラッチも見られ、形状も崩れてしまい、砥石表面部分に目詰まりの症状が見られるという問題が発生する。
【０００５】
形状が崩れる原因の１つとして、摩擦熱によって加工物が変化することが考えられる。また、その摩擦熱が砥石自体にも蓄熱され、場合によっては砥石の破損の原因につながる可能性もある。
【０００６】
一般的に目詰まりが発生した場合、その都度ドレッシングを行い新しい砥石面を再生して使用する為、砥石の消耗量が増えるという問題がある。また、砥石の消耗量が増えると、交換頻度が多くなり、コストの上昇を招いてしまう。
【０００７】
上記の問題点から安定した研磨が困難となる場合が多く、自動化した場合、研磨機械装置も複雑になる傾向が強かった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下に示す研磨砥石によって、上記課題を克服することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、以下に示す研磨砥石が提供される。
【０００９】
［１］  熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む結合材と砥粒とを含む基材が、体積比で０．１〜３．０の第一の空隙を有しており、かつ、直径０．５〜１０ｍｍの繊維状に成形されて繊維状基材となされ、前記繊維状基材が繊維状態を保持しつつ成形されることにより第二の空隙を有する研磨砥石。
【００１０】
［２］  前記第一の空隙が無機バルーンまたは有機バルーンにより形成されている前記［１］に記載の研磨砥石。
【００１１】
［３］  前記第一の空隙と前記第二の空隙とを合わせた最終空隙率が体積比率で０．１〜５．０である上記［１］または［２］に記載の研磨砥石。
【００１２】
［４］  結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３．０である上記［１］〜［３］のいずれかに記載の研磨砥石。
【００１３】
［５］  比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、ゴム硬度がＪＩＳ  Ａ２０〜ＪＩＳ  Ｄ９９である上記［１］〜［５］のいずれかに記載の研磨砥石。
【００１４】
［６］  前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である上記［１］〜［６］のいずれかに記載の研磨砥石。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の研磨砥石は、多空隙の特異な構造により自己放熱が可能である。これにより、砥石への蓄熱と被加工物の発熱の両面を同時に軽減することができる。さらに、多くの空隙を持たせた事で軽量化、安全性及び低コストを実現することができる。
【００１６】
本発明の砥石は基材内及び繊維状した基材を絡ませることにより出来た、何層もの空隙を持たせた砥石であり、その空隙が研磨時に発生する砥石内の熱を放熱する上、更に加工物に対しても加工時に起こる摩擦熱の軽減にも有効である。
【００１７】
本発明の砥石は特に組成を多孔質に設定した事で、目詰発生が僅少になり、その組成具合により切れ味と安定性の調整は、比較的容易で有るため、非常に高範囲な用途に適用が可能である。
【００１８】
本発明において特筆すべき点は極めて研磨能力が高く、しかも持続性が高い点である。また使用研磨材料も少量で済む為、軽量であり極めて低コストな弾性砥石と言える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００２０】
本発明の研磨砥石は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含む結合材と砥粒とを含む基材が、体積比で０．１〜３．０の第一の空隙を有しており、かつ、直径０．５〜１０ｍｍの繊維状に成形されて繊維状基材となされ、前記繊維状基材が繊維状態を保持しつつ成形されることにより第二の空隙を有する。すなわち、本発明の砥石は基材を０．５〜１０．０ｍｍ径の大きさの繊維状に成形後、繊維状態を保持しつつ絡ませるように所定の形状に成型することで空隙を持たせたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の研磨砥石は、繊維状基材の直径が０．５〜１０ｍｍである。繊維状基材の直径が０．５ｍｍ未満の場合には、一本の繊維状態を維持できずその形状を崩してしまう傾向があり、１０ｍｍを超える場合には、成形後の第二の空隙の間隔が大きくなり、研磨作業、特に手加工時の場合、加工がしづらくなる傾向がある。
【００２２】
本発明においては、基材が体積比で０．１〜３．０の第一の空隙を有する。この空隙は、無機または有機バルーンによって形成されるかまたは、結合材を発泡させること等により形成される。基材に対する第一の空隙の体積比が０．１未満の場合には、目詰まりが発生する傾向があり、３．０を超えた場合、脆弱性が増し砥石のライフが低下する傾向がある。
【００２３】
本明細書中において、第一の空隙の体積比とは、計算により算出される体積比率をいう。具体的には、まず、基材単位質量中における、配合される各成分の質量および比重から体積を算出する。算出された各成分の体積を加えたものを基材単位質量中の基礎体積とする。
【００２４】
一方、第二の空隙を有しない成形品を作成し、成形品の質量および外形から算出される体積とから求めた比重の逆数を上記単位質量にかける。得られた体積が単位質量における第二の空隙を有しない成形品の計算体積である。計算体積と基礎体積との差が空隙部分の体積となる。この空隙体積と基礎体積との比率を第一の空隙の体積比という。
【００２５】
本発明の研磨砥石は、繊維状基材が繊維状態を保持しつつ成形されて第二の空隙を形成している。繊維状態を保持しつつとは、繊維状態が視認し得る状態にあることをいい、本発明においては、一部にでも繊維状態が視認できる状態が保持され、隣り合う繊維の間に一部でも空隙（第二の空隙）が形成されていれば良い。
【００２６】
本発明の研磨砥石は、第一の空隙と第二の空隙とを合わせた最終空隙率が体積比率で０．１〜５．０である。最終空隙率が０．１未満の場合には、目詰まりし、研磨レートが低下する傾向があり、５．０を超える場合には脆くなる傾向がある。
【００２７】
本明細書中において、最終空隙率とは、計算により算出される体積比率をいう。具体的には、まず、基材単位質量中における、配合される各成分の質量および比重から体積を算出する。算出された各成分の体積を加えたものを基材単位質量中の基礎体積とする。
【００２８】
一方、成形品の質量および外形から算出される体積とから求めた比重の逆数を上記単位質量にかける。得られた体積が単位質量における成形品の計算体積である。計算体積と基礎体積との差が空隙部分の体積となる。この空隙体積と基礎体積との比率を最終空隙率という。
【００２９】
本発明の研磨砥石は、結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３．０である。結合材に対する砥粒の質量比が０．０１未満の場合には、研削力が低下する傾向があり、３．０を超える場合には、スクラッチ発生確率が高くなる傾向がある。
【００３０】
本発明の研磨砥石は、比重が０．３〜１．５ｇ／ｃｍ３である。比重が０．３ｇ／ｃｍ３未満の場合には、研削力が低下する傾向があり、１．５ｇ／ｃｍ３を超える場合には動的バランスが崩れる傾向がある。
【００３１】
本発明の研磨砥石は、ゴム硬度がＪＩＳ  Ａ２０〜ＪＩＳ  Ｄ９９である。ゴム硬度がＪＩＳ  Ａ２０未満の場合には、研削力が低下する傾向があり、ゴム硬度がＪＩＳ  Ｄ９９を超える場合には、被価鉱物に対してなじみが悪化する傾向がある。
［結合材］
【００３２】
本発明の研磨砥石の結合材は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である。中でも、熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、合成ゴム、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂及びウレタン樹脂等を例示することができる。合成ゴム、ウレタン樹脂およびエポキシ樹脂が好ましく、中でもエポキシ樹脂が特に好ましい。
【００３３】
本発明で使用するエポキシ樹脂としては、１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有するもので、室温で固形または液体のものが好ましい。例えばビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、ビフェニル型、ナフタレン型、芳香族アミン型などが例示されるが、特にこれらに限定されるものではない。なお、これらは単独または複数を組み合わせて使用することができる。
【００３４】
［砥粒］
本発明で使用する砥粒としては、例えば、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、アルミナ系砥粒、ゾルゲル焼結によるアルミナ質砥粒、炭化ケイ素系砥粒、ジルコニア砥粒、アルミナ−ジルコニア砥粒、シリカ、酸化クロム、酸化セリウムなどが挙げられ、これらを単独で、又は２種以上を混合して使用することができる。使用する砥粒の種類やその組合せは、研削等の条件及び被研磨材の材質に応じて適宜選択される。
【００３５】
砥粒粒度は、１μｍ未満のサブミクロン砥粒から平均粒径１ｍｍ以上まで使用することができる。これらは研削等の条件及び被研磨材の材質に応じて適宜選択される。
【００３６】
本発明においては、結合材に対する砥粒の質量比が０．０１〜３であるのが好ましい。０．０１未満の場合には、研削力が低下し砥石本来の能力が失われる傾向があり、３を超える場合にはスクラッチの発生確率が高くなる傾向がある。
【００３７】
［無機または有機バルーン］
本発明で使用する無機バルーンとしては、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン、アルミナバルーン、シラスバルーンを挙げることができる。また、本発明で使用する有機バルーンとしては、例えば、フェノールバルーン等を例示することができ、以下商品名でマツモトマイクロスフェアーＦシリーズ、エクスパンセルＤＥシリーズおよびエクスパンセルＷＥシリーズを挙げることができる。
【００３８】
本発明で使用する無機または有機バルーンは、粒径が０．０１〜２ｍｍであるのが好ましい。無機または有機バルーンの粒径が０．０１ｍｍ未満の場合には目詰まりが発生する傾向があり、２ｍｍを超えた場合、樹脂部分の割合が少なくなり、全体の保持力が低下し脆くなる傾向がある。なお、本発明で使用する無機または有機バルーンは、粒径が上記の程度であれば、形状等は特に問わず、樹脂、ゴムなどどの様な物でも利用可能で、要求される砥石の特性より適宜に選択されていれば良い。
【００３９】
なお、無機または有機バルーンを使用せずに第一の空隙を形成させるには、基材を発泡させる方法も採用し得る。この場合、従来公知の発泡材を基材に適宜配合すれば良い。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
［本発明の砥石の製造方法］
（実施例１）
［研磨砥石の製造］
図１を参照しつつ本発明の研磨砥石の製造方法を説明する。
【００４２】
（Ａ）ミキシング：
図１Ａに示すように、関東混合機工業社製のミキサー（型番：ＨＢＩ９０）１を使用して、表１に示す配合物を混合して均一に分散させ、その後、硬化剤を入れ撹拌して、基材３を得た（所要時間約１０分）。
【００４３】
（Ｂ）予備成型：
図１Ｂに示すように、均一に分散された混合基材３をボニー社製ミキサー（型番：Ｎｏ．５）５を使用して繊維状に押し出して繊維状基材７（繊維直径約２ｍｍ）としてゴム金型９へ詰め込んだ（所要時間約１０分）。
【００４４】
（Ｃ）プレス成形：
詰め込み終了後、図１Ｃに示すように、金型９を油圧プレス１１に入れて成形した（所要時間約１２０分）。
【００４５】
（Ｄ）取り出し：
その後、金型９からホイール形繊維状多孔研磨砥石１３を取り出した。得られたホイール形繊維状多孔研磨砥石１３の形状は、図２の通りであった。
【００４６】
［被加工物］
研磨試験の被加工物は、純チタン材５０×２０×１０の直方体ブロックを使用した。
【００４７】
［研磨方法］
上記で得られたホイール形繊維状多孔研磨砥石１３を図３に示すように日立社製両頭グラインダー（型番：ＧＴ１５）３１に装着して表２に示す条件で研磨試験行った。結果を表２に示す。
【００４８】
【表１】
2010105103.tif 000003
【００４９】
【表２】
2010105103.tif 000004
【００５０】
（比較例１）
表３に示す配合の研磨砥石を常法にしたがって製造した。得られた砥石は第一および第二の空隙を有しない。この砥石を用いて実施例１と同様の条件で研磨試験を行った。結果を表２に示す。
【００５１】
【表３】
2010105103.tif 000005
【００５２】
実施例１の砥石の場合には、全く目詰まりする傾向が見られず、同じ研磨時間（６０秒）で行った場合では、実施例１の砥石と比較例１の砥石とでは、３倍の面粗さの差が出てしまった。さらに加工時の摩擦熱による被加工物及び砥石の発熱も、実施例１の砥石と比較して比較例１の砥石は１．５倍の熱が発生した。この事から比較例１砥石の様な砥石内部に空隙持たない構造の場合、被加工物及び砥石に対して蓄熱しやすい事が分かる。またこの摩擦熱によって被加工物が焼けてしまい商品価値が無くなるおそれもあり、実施例１の砥石のように多くの空隙をもたせ自己放熱させることで、被加工物及び砥石に対しての蓄熱が軽減される。加えて、比重も１／４以下で極めて軽く成型する事が可能である。
【００５３】
（比較例２）
表４に示す配合の研磨砥石を実施例１に準じて製造した。ただし、比較例２の配合には、有機バルーンを使用しておらず、第一の空隙が存在しない。この研磨砥石を使用して、実施例１と同様の条件で研磨試験を行った。結果を表２に示す。
【００５４】
【表４】
2010105103.tif 000006
【００５５】
（比較例３）
表５に示す配合の研磨砥石を実施例１に準じて製造した。ただし、比較例３では、繊維状に押し出す工程を省略して、そのままゴム金型９へ詰め込んだため、第二の空隙が存在しない。この研磨砥石を使用して、実施例１と同様の条件で研磨試験を行った。結果を表２に示す。
【００５６】
【表５】
2010105103.tif 000007
【００５７】
比較例２の砥石を使用した場合、表２に示すように砥石内の蓄熱及び被加工物へ発熱は実施例１の砥石と同等の数値が出たが、面粗さに関しては実施例１の砥石よりも低い数値が出た。比較例３の砥石を使用した場合は、表２に示すように面粗さは本発明品より高い数値が出たが、被加工物に対しての発熱に関しては、比較例１の砥石ほどではないが高い摩擦熱が出てしまった。よって、多く空隙を持たせることで、加工時に起こる砥石内及び被加工物の両面の、蓄熱と発熱を効果的に押さえる事が出来ることがわかる。
【００５８】
（参考）
以下のとおり、実施例１の砥石の第一の空隙の体積比および最終空隙率を算出した。基材１００ｇ中の各成分の質量、比重、体積は表６のとおりである。
【００５９】
【表６】
2010105103.tif 000008
【００６０】
（第一の空隙の体積比）
表６から基材の基礎体積は次のとおりとなる。
３１．２（ｃｍ３）＋１８．８（ｃｍ３）＋１５．６２５（ｃｍ３）＝６５．５２５（ｃｍ３）…（１）
【００６１】
基材１００ｇの体積を表２の比較例３の比重を使用して算出すると次のとおりとなる。
１００（ｇ）÷０．７８（ｇ／ｃｍ３）＝１２８．２１（ｃｍ３）…（２）
【００６２】
第一の空隙の体積は（２）−（１）で求められる。
１２８．２１（ｃｍ３）−６５．５２５（ｃｍ３）＝６２．５８５（ｃｍ３）…（３）
【００６３】
以上より第一の空隙の体積比（（３）／（１））は次のとおりである。
６２．５８５（ｃｍ３）÷６５．５２５（ｃｍ３）＝０．９５５
【００６４】
（最終空隙率）
表２より、実施例１の比重は０．５４ｇ／ｃｍ３であるから、基材１００ｇの体積は次のとおりとなる。
１００（ｇ）÷０．５４（ｇ／ｃｍ３）＝１８５．１９（ｃｍ３）…（４）
【００６５】
第一の空隙と第二の空隙とを合わせた体積は（４）−（１）で求められる。
１８５．１９（ｃｍ３）−６５．５２５（ｃｍ３）＝１１９．５７（ｃｍ３）…（５）
【００６６】
以上より最終空隙率（（５）／（１））は次のとおりである。
１１９．５７（ｃｍ３）÷６５．５２５（ｃｍ３）＝１．８２５
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の研磨砥石は、各種研磨工程に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係るホイール型繊維状多孔研磨砥石の製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るホイール型繊維状多孔研磨砥石の斜視図および一部拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るホイール型繊維状多孔研磨砥石の使用状態を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１：ミキサー、３：基材、５：ミキサー、７：繊維状基材、９：金型、１１：プレス、１３：ホイール型繊維状多孔研磨砥石、２３：第一の空隙、２５：第二の空隙、２７：砥粒、２９：結合材、３１：グラインダー。
【図１】
2010105103.tif 000009
【図２】
2010105103.tif 000010
【図３】
2010105103.tif 000011